文章信息：Chadwick, A. J., Greenberg, E., & Ganti, V. (2025). Single and multithread rivers originate from (im)balance between lateral erosion and accretion. Science, 369(6550), 146–150. https://doi.org/10.1126/science.ads6567
整理人：徐嘉苗，2025级硕士研究生
整理时间：2025年8月17日
Abstract: Why river channels confine flow to a single pathway or divide flow into multiple interwoven pathways (threads) forms a long-standing fundamental question in river science, which to date remains poorly understood. In this study, we probed channel-pattern origins by mapping thread dynamics along 84 rivers from 36 years of global satellite imagery using particle image velocimetry. Results show that single-thread channels originate from a balance between lateral erosion and accretion, which enables a thread to migrate while maintaining equilibrium width. In contrast, multithread channels originate from imbalance—erosion outpaces accretion in individual threads, causing threads to repeatedly widen and split. Thread-width imbalance provides a mechanistic explanation for how multithread channels develop on Earth and other planets and, in application, can help lower the cost of nature-based river restoration projects.
摘要：为什么河道将流量限制在一条路径上或将流量划分为多个相互交织的路径（线）构成了河流科学中长期存在的基本问题，但迄今为止对此知之甚少。在这项研究中，我们通过使用粒子图像测速法绘制 36 年全球卫星图像中沿 84 条河流的线程动力学图，探查了河道模式的起源。结果表明，单线通道源于横向侵蚀和增生之间的平衡，这使得线在保持平衡宽度的同时迁移。相比之下，多线通道源于不平衡——侵蚀超过单个线的吸积速度，导致线反复变宽和分裂。线宽不平衡为多线程通道如何在地球和其他行星上发展提供了机制解释，并且在应用中有助于降低基于自然的河流恢复项目的成本。
1. 研究背景
河道是选择“单股稳定”还是“多股辫状”一直是河流地貌学的核心难题；以往模型侧重沙坝增生（accretion）而忽视岸坡侵蚀，难以解释全球 36 年卫星观测中的宽频变幅。
2. 研究意义
揭示了单河道（single-thread） 和多河道（multithread） 河道格局的力学起源，为数十亿美元的自然型河流修复工程提供宽度与时间的定量设计准则。
3. 研究方法
基于 1985–2021 年 Landsat 影像，用粒子图像测速（PIV）自动提取 84 条河流的侧向侵蚀/增生速率；
定义无量纲“归一化差异迁移率 ” δv*，量化单个河道中侵蚀与增生的相对平衡关系。δv*为正值表示侵蚀快于增生（净展宽），δv*接近零则表示二者平衡（宽度处于均衡状态）；
结合阈值理论及经验弯幅关系，推导自然恢复所需宽度与时间。
4. 研究主要结论
80 % 的单股河道维持归一化差异迁移率δv*≈0，侧蚀-增生动态平衡，线程宽度稳定；
65 % 的多股河道归一化差异迁移率δv*>0，侧蚀持续强于增生，导致线程反复加宽-分叉-废弃，形成辫状/网状格局；
多股河道因线程循环快，自然恢复只需单股的10%宽度与<10 年时间，显著降低生态修复成本。
5. 研究展望
将归一化差异迁移率δv* 框架应用于火星古河道及受人为约束的河流，验证行星尺度普适性；
结合植被-侵蚀耦合模型，预测气候变化及人类活动（筑坝、采砂）对河道格局的影响；
开发基于归一化差异迁移率δv* 的实时遥感监测系统，服务大型河流的适应性管理。
6. 研究主要图表
01 全球卫星影像的河道动态分析
02 不同河道形态下的河道动态
03 河道形态成因的机制示意图
04 应对河道形态恢复的基于自然的解决方案
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads6567
原文转引：https://mp.weixin.qq.com/s/2qyU1S6jsm0Lh-EnrsRCFA
